(57)【要約】  この非焼成含炭塊成鉱は、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％であり、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０である。この非焼成含炭塊成鉱の製造方法は、含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、
炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０であることを特徴とする高炉用の非焼成含炭塊成鉱。
【請求項２】
ＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上である請求項１に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱。
【請求項３】
前記バインダーの含有量が５〜１０質量％である請求項１に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱。
【請求項４】
含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、
次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、
前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整することを特徴とする高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項５】
前記非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上となるように、前記成形体の形成工程において、前記配合条件を調整する請求項４に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項６】
前記バインダー配合量を５〜１０質量％の範囲で調整する請求項４に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項７】
前記成形体の形成工程において、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトから選ばれる副原料、及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方をさらに配合し、
前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつＣａＯ含有量とＳｉＯ２含有量の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石の配合量を調整することを特徴とする請求項４に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用の非焼成含炭塊成鉱に関し、特に、高炉の炉下部スラグ融点を低くして高炉の還元材比を低下できる非焼成含炭塊成鉱に関する。
本願は、２００９年８月２１日に、日本に出願された特願２００９−１９１９６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製鉄所の各種集塵装置等から回収される多種の含鉄ダストや含炭ダストを配合し、セメント系の水硬性バインダーを添加して混錬、成型して８〜１６ｍｍ径の非焼成塊成鉱が製造され、高炉原料として使用されている。【０００３】
非焼成含炭塊成鉱の製造方法としては、製鉄ダストをペレットに造粒し、次いでペレットを養生し硬化させる方法が知られている。前記製鉄ダストをペレットに造粒する工程では、ダストの粒度分布を適正範囲に調整し、生石灰、セメントなどのバインダーと５〜１５％の水分を添加し、混合物をディスクペレタイザー等により造粒してペレットを得ている。【０００４】
このような非焼成含炭塊成鉱の製造においては、高炉操業における還元材比を低減する目的で、非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）を高くすることも要求されている。【０００５】
例えば、特許文献１では、含酸化鉄原料とカーボン系炭材を配合し、バインダーを加えて混錬、成型、養生してカーボン内装非焼成塊成鉱が製造されている。このカーボン内装非焼成塊成鉱は、含酸化鉄原料に含有される酸化鉄を還元し金属鉄とするために必要な理論炭素量の８０〜１２０％のカーボンを有する。また、常温での圧潰強度７８５０ｋＮ／ｍ２以上となるようにバインダーが選択され、混合、成型、養生が行われている。非焼成含炭塊成鉱中の酸化鉄が内装するカーボンにより還元反応が起こるため、還元率を向上させることができる。【０００６】
しかしながら、この製造方法では、強度確保のために炭素含有量が制限され、十分な高炉における還元材比を削減する効果が得られない。還元材比を削減する効果を十分に得るために、この非焼成含炭塊成鉱を多量に高炉で使用する場合、高炉内でバインダーの脱水反応による吸熱量が大きくなる。これにより、低温熱保存帯を形成し、焼結鉱の還元粉化を助長してしまう欠点があった。
また、バインダーとして、生石灰やＣａＯ系セメントが多く用いられるため、非焼成含炭塊成鉱中のＣａＯ含有量が高くなる。このため、反応過程で非焼成含炭塊成鉱から生成する融液の粘度が過度に高くなる。これにより、生成メタルの凝集と溶け落ちが阻害される。以上により、高炉の炉下部の通気・通液性を悪化させるといった欠点があった。【０００７】
例えば、非焼成含炭塊成鉱が低温で溶融、滴下すれば、縦型炉内において、非焼成含炭塊成鉱は早期に溶融し、炉内に充填された原料の間隙を容易に流れ落ちる。この場合、コークスと接触する期間が長くなることになる。その結果、非焼成含炭塊成鉱中の粉状鉄鉱石の還元反応や生成した鉄の浸炭反応を促進できる。【０００８】
特許文献２では、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の表面濃化が生じた粉状鉄鉱石であっても、ＣａＣＯ３をコーティングすることによって溶融温度を低減できることに着目している。そして、この着目点に基づいて、粉状鉄鉱石とフラックスとが石炭を介して結合された非焼成含炭塊成鉱を提案している。【０００９】
なお、特許文献２では、石炭を２３．３〜２４．６質量％含有する含炭塊成鉱が開示されているが、一般的に石炭の含有カーボン量は７０％程度であり、残りは灰分と揮発分である。従って、含炭塊成鉱中の炭素含有量は１６〜１７質量％に相当する。【００１０】
一方、焼結鉱の滴下性と成分の関係については、多くの報告がなされている。
例えば、非特許文献１では、焼結鉱の滴下温度はＣａＯ／ＳｉＯ２に対して非線形に変化し、ＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．０付近が最も滴下温度が低くなること、及びＭｇＯを増加させると滴下温度が低下することが報告されている。【００１１】
また、非特許文献２では、７％のカーボンを含有するダストコールドペレット（セメント結合）にＭｇＯを２％添加すると、高温の通気抵抗が低下することが報告されている。【００１２】
以上のように、炭素含有量が１０％未満の焼結鉱やダストペレットのメタル滴下性を改善するために、脈石組成のＣａＯ／ＳｉＯ２とＭｇＯを適正化することは周知である。しかしながら、還元挙動が全く異なる炭素含有量の高い（１８〜２５質量％）含炭塊成鉱のメタル滴下性や、そのメタル滴下性を決定する炉下部におけるスラグ融点の適正な条件は、今まで知られていなかった。【００１３】
そこで、発明者等は、炭素含有量が高い含炭塊成鉱（総Ｃ含有量２０％、総Ｆｅ含有量４０％、ＣａＯ１１％、ＳｉＯ６％、Ａｌ２Ｏ３２．５％、ＭｇＯ０．５％）の還元特性を調べた。図８は、従来の焼結鉱（総Ｆｅ含有量５８．５％、ＦｅＯ８％、ＣａＯ１０％、ＳｉＯ２５％、Ａｌ２Ｏ３１．７％、ＭｇＯ１．０％）と炭素含有量の多い含炭塊成鉱について、温度と還元率との関係を示す。図８を参照すると、従来の焼結鉱に比べて、含炭塊成鉱では、低温域で著しく還元が進行することがわかる。これが、炭素含有量の高い含炭塊成鉱の大きな特徴である。【００１４】
次に、上記還元試験の結果から得られた図８の還元率を用いて、還元進行によるスラグ融点（ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＦｅＯ）の変化をコンピュータによりシミュレーションした。なお、焼結鉱及び含炭塊成鉱の鉄成分のうち、未還元の鉄は全てＦｅＯとして存在すると仮定して、還元率からスラグ融点を計算した。結果を図９に示す。ここで、融点とは全てが液相となる温度を意味し、融点以下でも融液は生成している。しかし、融点が高いときは、融液量は低くなるので、融点は間接的に融液量を表している。【００１５】
図９を参照すると、焼結鉱では、１２００〜１４００℃において、スラグ融点が試料温度とほぼ一致しており、この温度域で多量の融液が生成されると考えられる。これに対して、含炭塊成鉱では、スラグ融点は９００℃付近から著しく上昇し、１６００℃以上に達している。従って、炭素含有量の高い含炭塊成鉱では、融液量が極めて少ない状態で還元が進行すると考えられる。このため、固相が常に存在するので、上記メタルの凝集が阻害され、滴下悪化の原因となる。上記５成分系（ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＦｅＯ）において、炭素含有量の高い含炭塊成鉱では、ＦｅＯが融点に及ぼす影響が極めて大きく、低温で急速に還元が進行する。図９で示された結果は、炭素含有量の高い含炭塊成鉱に特有の現象である。【００１６】
以上のように、炭素含有量の高い含炭塊成鉱の還元は、焼結鉱に比べて、低温域で著しく進行し、融液量が極めて少ない状態で還元が進行する。このため、焼結鉱の還元進行における滴下特性についての知見は、炭素含有量の高い含炭塊成鉱についてそのまま適用することはできない。【００１７】
含炭塊成鉱を高炉で使用する際に、スラグ融点が高い場合、融着帯下面が下がり、下部滴下帯領域を狭めるとともに、滴下帯と炉芯部のスラグホールドアップ量が増加する。詳細には、滴下帯と炉芯部（メタルとスラグが比重分離しながら湯だまり部へ流れ落ちるゾーン）において、融液の流れがスムーズとならず、空隙部（流路）に融液が滞ることになる。これにより、ガスの流れが偏流していまい、均一なガス加熱ができなくなる。このため、局所的に熱不足の箇所ができてしまい、炉下部通気性が安定した操業が困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００３−３４２６４６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５４１２号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】ISIJ International 44 (2004), p. 2057
【非特許文献２】鉄と鋼，70 (1984), p. S825
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明では、高炉使用に最適なスラグ融点を有する含炭塊成鉱の成分条件を特定する。そしてこの研究結果に基づき、本発明は、スラグ融点を低くして高炉の還元材比を低減できる非焼成含炭塊成鉱及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者等は、含炭塊成鉱の脈石成分のＣａＯ／ＳｉＯ２を特定の範囲（１．０〜２．０）にすることで、炉下部スラグ融点を低減でき、優れたメタル滴下性を達成できる非焼成含炭塊成鉱成品を見出した。非焼成含炭塊成鉱の脈石成分のＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０〜２．０にするためには、後述するように、高ＳｉＯ２含有鉱石およびＭｇＯ含有副原料の配合量を調整することが好ましいことも見出した。【００２２】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱は、含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０である。
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱では、ＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上であってもよい。
前記バインダーの含有量が５〜１０質量％であってもよい。【００２３】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法は、含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整する。
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法では、前記非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上となるように、前記成形体の形成工程において、前記配合条件を調整してもよい。
前記バインダー配合量を５〜１０質量％の範囲で調整してもよい。
前記成形体の形成工程において、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトから選ばれる副原料、及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方をさらに配合し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつＣａＯ含有量とＳｉＯ２含有量の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石の配合量を調整してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱は、非焼成含炭塊成鉱だけでなく、焼結鉱などの主要な高炉用鉄含有原料の被還元率を向上するために十分な炭素含有量を有する。さらに、高炉の操業において、従来に比べて、スラグ融点を低く抑えることができ、優れた還元生成スラグ特性（メタル滴下性）を達成できる。
このため、本発明の一態様に係る非焼成含炭塊成鉱を高炉用鉄含有原料の一部として使用すると、高炉操業時の炉下部において良好な通気性を実現できる。また、還元材比（コークス比）を大幅に低減できる。【００２５】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法では、非焼成プロセスが適用されているため、焼成プロセスに比べて、省エネルギー化、低ＣＯ２化が可能となる。また、比較的安価で簡易な方法により、製鉄プロセスで発生したダストを、鉄含有原料および炭材としてリサイクル処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】バインダー（セメント）配合量（及びＣａＯ／ＳｉＯ２の比）と冷間圧潰強度との関係を示す図である。
【図２】ＭｇＯ含有量が１．５％である場合の焼結鉱及び非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ／ＳｉＯ２とスラグ融点との関係を示す図である。
【図３】ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．５である場合の焼結鉱及び非焼成含炭塊成鉱のＭｇＯ含有量とスラグ融点との関係を示す図である。
【図４】非焼成含炭塊成鉱と焼結鉱のＣａＯ／ＳｉＯ２とメタル滴下率との関係を示す図である。
【図５】非焼成含炭塊成鉱と焼結鉱のＭｇＯ含有量とメタル滴下率との関係を示す図である。
【図６】脈石量（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／（１００−ＴＣ）の値とメタル滴下率との関係を示す図である。
【図７】非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）とメタル滴下率との関係を示す図である。
【図８】従来の焼結鉱及び高炭素含有量の非焼成含炭塊成鉱の温度と還元率との関係を示す図である。
【図９】従来の焼結鉱及び高炭素含有量の非焼成含炭塊成鉱の温度とスラグ融点の計算値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本実施形態の高炉用の非焼成含炭塊成鉱は、含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生する方法により製造される。炭素含有量（Ｔ．Ｃ）は１８〜２５質量％であり、脈石成分のＣａＯ／ＳｉＯ２は１．０〜２．０である。これにより、高炉使用に最適なスラグ融点が得られるようになっている。
【００２８】
本実施形態において、非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）は１８〜２５質量％であり、好ましくは２０〜２３質量％である。
炭素含有量が１８％未満では、脈石成分を調整しても、還元材比を低減する効果が小さくなってしまう。炭素含有量が２５質量％を超えると、高炉用に使用されるために必要な最低限の冷間圧潰強度を有することができなくなる。
【００２９】
非焼成含炭塊成鉱の脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２（塩基度とも言う）は、１．０〜２．０であり、好ましくは、１．４〜１．７である。
ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０〜２．０の範囲内の低い値にすることによって、メタル滴下率を向上させることができる。ＣａＯ／ＳｉＯ２が２．０を超える場合、メタル滴下率が５０％未満となる。ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０未満の場合、メタル滴下率が向上する効果は飽和してしまう。
【００３０】
本実施形態において、脈石量の値は、０．２５以下であることが好ましく、更に好ましくは０．２２〜０．２５である。ここで、脈石量は、以下の式により算出される値である。
脈石量＝（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ））
なお、式中のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＭｇＯは、それぞれ非焼成含炭塊成鉱中のＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、及びＭｇＯ含有量（質量％）を示す。
脈石量の値を０．２５以下とすることによって、スラグ量を低下させ、滴下性をさらに改善できる。
【００３１】
ＭｇＯ含有量は０．５質量％以上であることが好ましく、更に好ましくは０．６〜２．０質量％である。これにより、低ＦｅＯスラグ（ＦｅＯ含有量の少ないスラグ）の融点が、ＭｇＯによって低下し、メタル滴下性をさらに向上させることができる。
【００３２】
本実施形態の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法は、含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有する。成形体の形成工程では、非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％となり、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、鉱石銘柄およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整する。
【００３３】
本実施形態で使用する含鉄原料としては、製鉄プロセスにおいて発生する焼結ダスト、高炉ダストなどの含鉄ダスト、焼結用粉状鉄鉱石より粒度が小さいペレットフィード、焼結用粉状鉄鉱石を破砕及び／又は整粒して作製された微粉状鉄鉱石などが挙げられる。
使用する鉱石銘柄によって、鉄およびＳｉＯ２などの脈石成分の含有量が大きく異なる。したがって、使用する鉱石銘柄を選択することによって、ＣａＯ／ＳｉＯ２値を調整できる。特に、ＣａＯ／ＳｉＯ２値は、ＳｉＯ２含有量の多い鉱石の配合量によって大きく影響する。
本実施形態で使用する鉱石銘柄としては、インドハイシリシャス、ローブリバー、ヤンディークージナ、リオドセ（イタビラ）、マラマンバなどが挙げられる。
【００３４】
本実施形態で使用する含炭原料としては、高炉一次灰、コークスダスト、微粉コークス、無煙炭などが挙げられる。
【００３５】
本実施形態で使用するバインダーとしては、一般的に用いられる高炉水砕スラグを主成分とする微粉末やアルカリ刺激剤からなる時効性バインダー、生石灰、ポルトランドセメント、ベントナイトなどが挙げられる。バインダーの配合量（添加量）は、他の配合条件等を勘案して適宜決めることができる。バインダーの配合量が少なすぎると、非焼成含炭塊成鉱の冷間圧延強度を十分に維持することが困難となる。また、バインダーの配合量が多すぎると、非焼成含炭塊成鉱のスラグ量が増大し、炉下部の通気性が不安定化する。これにより、安定した還元材比低減効果が得られない。
【００３６】
そこで、バインダー配合量を調整してＣａＯ／ＳｉＯ２を変化させた非焼成含炭塊成鉱の冷間強度を調査した。得られた結果を表１及び図１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
バインダー（セメント）配合量が少なくなる（ＣａＯ／ＳｉＯ２が低下する）と共に、冷間強度は低下した。そして、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０未満（バインダー（セメント）配合量は５質量％未満）の場合、冷間の圧潰強度１００ｋｇ／ｃｍ２を維持することが困難となった。非焼成含炭塊成鉱の冷間圧潰強度が１００ｋｇ／ｃｍ２未満となると、高炉への搬送、装入時に非焼成含炭塊成鉱の粉化を引き起こす場合がある。冷間の圧潰強度を１００ｋｇ／ｃｍ２以上に維持するために、バインダー（セメント）配合量を５質量％以上とすることが好ましい。また、バインダー（セメント）配合量が１０質量％を超えると、脈石量の増大を招く場合がある。このため、バインダー（セメント）配合量を１０質量％以下とすることが好ましい。よって、バインダーの配合量は５〜１０質量％が好ましい。
【００３９】
なお、混合、混練、成形、及び養生の製造工程のうち、養生中にセメントの水和反応によって自由水が含炭塊成鉱中の水和物に取り込まれる。このため製造工程を経るときに、原料の全配合量は若干変化するが、その変化量は微小であり、ほとんど変化することは無いと考えて良い。このため、例えばバインダーの配合量は、製造された非焼成含炭塊成鉱中のバインダー含有量とほぼ同一となる。他の成分についても同様に、製造工程での配合量と非焼成含炭塊成鉱中の含有量はほぼ同一である。
従って、本実施形態の非焼成含炭塊成鉱において、バインダーの含有量は５〜１０質量％であることが好ましく、これにより上記したように１００ｋｇ／ｃｍ２以上の冷間圧潰強度が達成できる。
【００４０】
本実施形態では、さらに副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石を配合することが好ましい。これにより、より厳密に成分調整を行うことができる。特に、バインダー量に左右されることなく、ＣａＯ／ＳｉＯ２値を調整できる。
副原料としては、ＳｉＯ２を主成分とする珪石、ＭｇＯを主成分とする蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトなどが挙げられる。また、高ＳｉＯ２含有鉱石は、ＳｉＯ２含有量が３．５質量％以上の鉱石である。
【００４１】
一般に、目標とする非焼成含炭塊成鉱の化学成分が規定されると、これら副原料や高ＳｉＯ２含有鉱石の配合量は自動的に決まってしまう。このため、これら副原料や高ＳｉＯ２含有鉱石の配合量は、特に限定されず、非焼成含炭塊成鉱の化学成分に応じて適宜決定される。
【００４２】
次に、ＣａＯ／ＳｉＯ２、ＭｇＯ含有量および脈石量を調整する方法についてより詳細に述べる。
ＣａＯ／ＳｉＯ２は、配合される原料に含まれるＣａＯ量及びＳｉＯ２量によって決定される。
【００４３】
ＣａＯは、主に、バインダー、含炭原料として使用される高炉一次灰、含鉄原料として使用される焼結系ダストや転炉系ダストなどに含まれており、これらの配合量を適宜調整することによって、ＣａＯ含有量を調整できる。ただし、バインダーとしてＣａＯ分の高いセメント系バインダーを使用する場合、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるようにＣａＯ含有量を調整するためには、バインダーの配合量自体を減少させる必要がある。このため、十分な冷間圧潰強度が得られるかどうか、考慮する必要がある。
【００４４】
ＳｉＯ２、ＭｇＯは、主に、バインダー、含炭原料として使用される高炉一次灰、含鉄原料として使用される焼結系ダスト、炭素系減量中の灰分などに含まれる。
本実施形態では、非焼成含炭塊成鉱中のＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となれば、ＳｉＯ２の添加形態（ＳｉＯ２を含む原料の形態）に関わらず、一定の効果をもたらすことができる。また、ＭｇＯについても、ＭｇＯ含有量が０．５質量％以上となれば、ＭｇＯの添加形態（ＭｇＯを含む原料の形態）に関わらず、一定の効果をもたらすことができる。
積極的にＣａＯ／ＳｉＯ２の値を低減したり、ＭｇＯ含有量を０．５質量％以上とする場合には、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトなどの副原料や高ＳｉＯ２含有鉱石を配合することが好ましい。これにより、前述したようにバインダー量に左右されることなく、ＣａＯ／ＳｉＯ２の値やＭｇＯ含有量を調整できる。ただし、これら副原料や高ＳｉＯ２含有鉱石を多量に配合すると、脈石量が増大することになる。このため、脈石量が０．２５以下となるように、ＣａＯ／ＳｉＯ２、ＭｇＯを調整することが好ましい。
【００４５】
本実施形態において、前述したように、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）、ＣａＯ／ＳｉＯ２、脈石量、及びＭｇＯ含有量の数値範囲を規定している。これら数値範囲の臨界的意義を示す実験結果を以下に示す。
ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．５であり、かつＭｇＯ含有量が１．５％である焼結鉱と非焼成含炭塊成鉱の１４００℃における還元率を測定した。そして、未還元の鉄は全てＦｅＯとしてスラグ中に存在すると仮定して、得られた還元率からスラグ中のＦｅＯ濃度を算出した。その結果、スラグ中のＦｅＯ濃度は、焼結鉱を使用した場合は３４％であり、非焼成含炭塊成鉱を使用した場合は２％であることが分かった。このＦｅＯ濃度を用いて、焼結鉱と非焼成含炭塊成鉱について、ＣａＯ／ＳｉＯ２の値又はＭｇＯ含有量と、スラグ融点との関係を調べた。なお、スラグ融点（ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＦｅＯ）は、コンピュータによるシミュレーションから求めた。
【００４６】
図２は、ＭｇＯ含有量が１．５％である場合のＣａＯ／ＳｉＯ２とスラグ融点との関係を示す。図３は、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．５である場合のＭｇＯ含有量とスラグ融点との関係を示す。
図２から明らかなように、焼結鉱と非焼成含炭塊成鉱では、ＣａＯ／ＳｉＯ２がスラグ融点に及ぼす影響の度合いが異なる。これは、高温での還元率（すなわちスラグ中のＦｅＯ濃度）の差に起因している。具体的には、焼結鉱では、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０低下すると、スラグ融点が２７８℃低下する。これに対して、非焼成含炭塊成鉱では、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０低下すると、スラグ融点が６２０℃低下する。このため、非焼成含炭塊成鉱におけるＣａＯ／ＳｉＯ２の影響は、焼結鉱におけるＣａＯ／ＳｉＯ２の影響よりも２倍以上大きい。
【００４７】
非焼成含炭塊成鉱では、低温における還元率が高い。炭素含有量の少ない焼成塊成鉱に比べて、炭素含有量の多い非焼成含炭塊成鉱を用いた場合、高炉の上部で早く還元される。すると、上部で還元されて下部に移動するスラグ中に残る未還元の鉄成分の量（ＦｅＯの量）が少なくなる。スラグ中のＦｅＯの量が少なくなるとスラグ融点が上昇する。前述したように、スラグの融点は、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）によっても左右される。このため、非焼成含炭塊成鉱中の塩基度によって、スラグ融点が大きく変化すると考えられる。また、非焼成含炭塊成鉱中の塩基度が大きいと、スラグ融点が非常に高くなってしまうと考えられる。
【００４８】
また、図３を参照すると、焼結鉱では、ＭｇＯ含有量が１．０％増加すると、スラグ融点は５０℃低下する。これに対して、非焼成含炭塊成鉱では、ＭｇＯ含有量が１．０％増加すると、スラグ融点は２２℃低下する。このため、非焼成含炭塊成鉱におけるＭｇＯ含有量の影響は、焼結鉱におけるＭｇＯ含有量の影響に比べて約半分である。
【００４９】
ただし、厳密には、滴下挙動は、スラグ融点だけで決定されず、スラグ量や他のスラグ物性（粘度やメタルとの濡れ性など）によっても左右される。このため滴下挙動は、複雑な現象であり、現時点でも完全には解明されていない。しかしながら、焼結鉱と非焼成含炭塊成鉱では、スラグ融点を低下させてメタル滴下を促進する成分条件が異なることは明らかである。
【００５０】
そこで、荷重軟化試験装置を用いて、種々の脈石成分を有する非焼成含炭塊成鉱の滴下特性を調査した。
含鉄原料と含炭原料を粉砕し、バインダー、副原料と共に混合し、混練して混練物を得た。次いで混練物を成形し、成形体を所定期間養生して非焼成含炭塊成鉱を製造した。非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量Ｔ．Ｃ（トータルカーボン）は２０質量％とした。またＣａＯ／ＳｉＯ２とＭｇＯ含有量が所定の値となるように、含鉄原料と副原料の配合率を調整した。バインダー（セメント）の配合量は１０質量％とした。
具体的には、脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））を０．２２で一定とし、ＭｇＯ含有量を０．９質量％で一定として、ＣａＯ／ＳｉＯ２が０．５〜２．５の範囲で所定の値となるように、ポルトランドセメントと微粉珪石の配合量を調整した。以上により、脈石成分のＣａＯ／ＳｉＯ２が０．５〜２．５の範囲でそれぞれ異なる非焼成含炭塊成鉱を製造した。
また、ＣａＯ／ＳｉＯ２を２．０で一定とし、種々のＭｇＯ含有量を有する非焼成含炭塊成鉱を製造した。
【００５１】
まず、脈石成分のＣａＯ／ＳｉＯ２が０．５〜２．５の範囲でそれぞれ異なる非焼成含炭塊成鉱に対して荷重軟化試験を実施した。
実際の高炉使用を想定して、非焼成含炭塊成鉱を通常の焼結鉱（ＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．８）に対して１０％の割合で混合した。１６００℃まで加熱して還元した段階で、るつぼから滴下したメタル量(率)を測定した。そして、以下の式で定義されるメタル滴下率（％）を計算した。
メタル滴下率（％）＝滴下メタル量／（装入した総Ｆｅ量×０．９５）×１００
また焼結鉱のみについても、同様にメタル滴下率を測定した。なお、焼結鉱のメタル滴下率が５０％未満となると、融着帯下面が下がり、下部滴下帯領域を狭める。このため、下部通気性が悪化し、安定した操業が困難となる。
得られた結果を表２、図４に示す。
【００５２】
【表２】
2011021577.tif 000004
【００５３】
図４から分かるように、非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ／ＳｉＯ２が高いほど、メタル滴下率が減少した。特に非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ／ＳｉＯ２が２．０を超えると、５０％のメタル滴下率を維持することが困難となった。非焼成含炭塊成鉱を用いることによって、低温領域から間接還元が進むため、融着層でメタルと共存するスラグ中のＦｅＯ含有量が低下して、スラグ融点が上昇する。一般に、還元により生成した鉄の融液は、高炉下部に降下する際にコークスの炭素を包含し、炭素含有量が増加する（還元生成メタル浸炭）。スラグ融点が上昇することによって、還元生成メタル浸炭後の鉄の融液同士の凝集が妨げられ、図４に示された結果が得られたと考えられる。ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０未満では、共存スラグ融点は十分低いにも関わらず、スラグ滴下率は５０％未満となった。これは、ネットワークフォーマーであるＳｉＯ２の割合が増加するため、共存スラグの粘度が上昇してメタルの凝集が阻害されるためである。
また、図４においては、ＭｇＯ含有量が１．５％の焼結鉱のＣａＯ／ＳｉＯ２とメタル滴下率との関係を表す測定結果も示されている。焼結鉱においても、ＣａＯ／ＳｉＯ２の上昇に伴ってメタル滴下率が低下する傾向が見られる。しかし、その変化はゆるやかである。図４の結果からも、非焼成含炭塊成鉱塊と焼結鉱では、優れたメタル滴下性を達成するために具備すべき成分条件が異なることが確認できる。
以上のように、メタル滴下率の向上のためには、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０〜２．０とする必要がある。ＣａＯ／ＳｉＯ２は、好ましくは１．４〜１．７であり、６０％超のメタル滴下率が達成できる。
【００５４】
また、ＣａＯ／ＳｉＯ２が２．０であり、かつ種々のＭｇＯ含有量を有する非焼成含炭塊成鉱に対して、同様の方法により荷重軟化試験を実施した。そして、非焼成含炭塊成鉱を焼結鉱に対して１０％の割合で混合したときの、非焼成含炭塊成鉱中のＭｇＯ含有量とメタル滴下率との関係を調べた。得られた結果を表３、図５に示す。
【００５５】
【表３】
2011021577.tif 000005
【００５６】
図５から分かるように、メタル滴下率を向上させるためには、非焼成含炭塊成鉱中のＭｇＯ含有量を上昇させることも有効である。ＣａＯ／ＳｉＯ２＝２．０の非焼成含炭塊成鉱を１０％の割合で焼結鉱に混合したときのメタル滴下率の変化から、ＭｇＯ含有量が０．５質量％以上になると、メタル滴下率は５０％を維持できることがわかる。ＭｇＯ含有量が高いほど、メタル滴下率は上昇する。しかし、ＭｇＯ含有量２．０％付近からは、効果が飽和することがわかる。これは、前述の低ＦｅＯスラグ（ＦｅＯ含有量の少ないスラグ）の融点が、ＭｇＯによって低下するためであり、ＣａＯ／ＳｉＯ２が高い条件ほど、ＭｇＯによる効果が有効に得られる。
従って、ＭｇＯ含有量は０．５質量％以上であることが好ましい。上限は特に設けない。
【００５７】
また、図５においてはＣａＯ／ＳｉＯ２が２．０の焼結鉱のＭｇＯ含有率とメタル滴下率（％）との関係を表す測定結果も示されている。焼結鉱においても、ＭｇＯ含有量の上昇に伴ってメタル滴下率が上昇する傾向が見られる。しかし、その変化（影響）は、非焼成含炭塊成鉱と較べて大きい。図５の結果からも、非焼成含炭塊成鉱塊と焼結鉱では、優れたメタル滴下性を達成するために具備すべき成分条件が異なることが確認できる。
【００５８】
また共存するスラグ量（脈石量＋未還元のＦｅＯ量）も、滴下性を決定する重要な因子である。そこで、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．５であり、ＭｇＯが１．０％であり、脈石量が異なる非焼成含炭塊成鉱を製造した。そして、そのメタル滴下率を測定し、滴下特性を調べた。
前述したように脈石量は、以下の式により算出した。
脈石量＝（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ））
得られた結果を表４、図６に示す。
【００５９】
【表４】
2011021577.tif 000006
【００６０】
前述したように、スラグ中のＦｅＯ濃度は、比較的低温部で、既に２％まで低下するので、ＦｅＯ濃度の影響は小さい。その結果、脈石量が０．２５以下では、スラグ量によらず、良好なメタル滴下性を示した。脈石量が０．２５以下の範囲では、スラグ量よりも、固相率、粘度、メタルとの濡れ性などのスラグ物性が、メタル滴下性の支配因子となると考えられる。しかし、脈石量が０．２５を超えると、スラグ量の影響が無視できなくなり、滴下性は悪化した。さらにこのレベル（０．２５超）の脈石量になると、高炉で非焼成含炭塊成鉱を多量に使用する際に、炉床スラグ量の著しい増大を招き、出滓作業が不安化し、通気変動の原因となる。
以上の結果から、脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／（１００−ＴＣ））が０．２５以下となるように非焼成含炭塊成鉱の成分を調整することが好ましい。
【００６１】
さらに、メタル滴下率に及ぼす非焼成含炭塊成鉱中の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）の影響について調査した。
ＭｇＯが１．０質量％で一定であり、脈石量が０．２２で一定であり、ＣａＯ／ＳｉＯ２が０．５、１．０、１．５、２．０、又は２．５、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１０、１５、１８、２５、又は３０質量％となるように、原料の配合比を調整して非焼成含炭塊成鉱を製造した。
前述した方法と同様にしてメタル滴下量（率）を測定した。得られた結果を図７に示す。
【００６２】
【表５】
2011021577.tif 000007
【００６３】
図７の結果から、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）の増加に伴って、メタル滴下率が低下することが分かる。これは前述の通り、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）の増加に伴って、メタルと共存するスラグ中のＦｅＯ濃度が減少するからである。
前述したように、高炉での安定した操業を実現するためには、メタル滴下率は５０％以上である必要がある。ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０において、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が２５質量％以下のとき、５０％以上のメタル滴下率を達成できることが分かる。従って、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）の上限値を２５質量％とする必要がある。
【００６４】
なお、本実施形態では、非焼成含炭塊成鉱の成分と脈石の配合量を所定の範囲に調整するが、非焼成含炭塊成鉱の成形方法、形状、物理構造（気孔・空隙率など）は制限されない。高炉用の非焼成含炭塊成鉱であれば、ペレットやブリケットなどの様々な形態が適用可能である。また、押し出し成形などの様々な成形方法が適用可能であり、同等の効果が得られる。
【００６５】
高炉内では、装入物が上部から下部へ移動し、還元ガスが下部から上部へ移動し、これにより熱交換と反応が進行する。このため、高炉は向流反応器である。一般に高炉の連続操業においては、鉱石層の上層にて、還元ガスの還元力が失われて、還元が十分に進まない場合があった。特に、焼成塊成鉱は、炭素を含有せず、自己還元能力がない。このため、焼成塊成鉱を用いた場合、焼成塊成鉱は、鉱石層の上部で十分に還元されない。そして、還元が不完全な状態で、焼成塊成鉱が高炉下部へ移動した場合、高炉の滴下帯と炉芯部で還元され、直接還元を引き起こす。このような場合、高炉への負荷が高くなり、また通気性が悪くなる問題があった。
これに対して、本実施形態の非焼成含炭塊成鉱を用いると、高炉内で鉄鉱石と共に本実施形態の非焼成含炭塊成鉱が存在することによって、特に鉱石層の上層での還元効率を大幅に向上させることができる。
しかし、炭素含有量が高い非焼成含炭塊成鉱では、前述したように、特に塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）によるスラグ融点への影響が大きい（図２）。本実施形態では、前述した発明者等の研究結果に基づいて、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）及びＣａＯ／ＳｉＯ２を規定することによって、良好なメタル滴下性を達成している。このため、滴下帯と炉芯部のスラグホールドアップ量が減少し、良好な通気性を確保できる。
さらに、前述したように、高炉内で鉄鉱石と共に本実施形態の非焼成含炭塊成鉱が存在することによって、特に鉱石層の上層での還元効率を大幅に向上させることができる。還元が行われ難い鉱石層の上層での還元効率を大幅に向上できるため、高炉全体での還元効率は大幅に向上することとなる。このため、本実施形態の非焼成含炭塊成鉱中の炭素量の余剰分と同量のコークス量よりも多い量の還元材を低減できる。
【実施例】
【００６６】
含鉄原料として、微粉状鉄含有原料（焼結ダストと鉄鉱石）を用意し、含炭原料として、炭材（コークスダスト、粉コークス、および、高炉一次灰）を用意した。また、バインダーとして、セメント（早強ポルトランドセメント）を用意した。なお、いくつかの実施例では、ＳｉＯ２含有量の高い副原料も用いた。
セメント（早強ポルトランドセメント）の配合比率が４〜９質量％であり、炭材および微粉状鉄含有原料の配合割合が種々の値となるように、原料の配合量を調整した。これら原料を水分と共に混合し、アイリッヒミキサーで混錬した。得られた混練物をパンペレタイザーで造粒（成形）して生ペレットを得た。次いで、生ペレットを、２週間、天日養生して非焼成含炭塊成鉱を製造した。なお、生ペレットの水分は、配合するセメント量に応じて１０〜１４質量％に調整した。【００６７】
得られた非焼成含炭塊成鉱について、ＪＩＳＭ８７１８に準じて、以下の方法により冷間圧潰強度を測定した。試料１個に対して、規定の加圧速度で圧縮荷重を掛け、試料が破壊した時の荷重値を測定した。単位断面積当たりの荷重値（ｋｇ／ｃｍ２）を求めた。そして試料１００個の平均値を算出し、強度指数として用いた。
前述した方法により、非焼成含炭塊成鉱のスラグ融点及びメタル滴下率を測定した。
また、有効容積５５００ｍ３の高炉において、原料の一部として、５０ｋｇ／ｔｐの量の非焼成含炭塊成鉱を使用して、高炉の操業を行った。そして、高炉の操業における上部Ｋ値、下部Ｋ値、風圧変動、及び還元材比を測定し、約１ヶ月間の操業結果の平均値を求めた。結果を表６に示す。【００６８】
【表６】
2011021577.tif 000008
【００６９】
表６を参照すると、実施例１では、成分の適正化を実施し、ＣａＯ／ＳｉＯ２を２．０、ＭｇＯを０．６％、脈石量を０．２２とした。高炉で使用すると、炉下部の通気性が改善され、還元材比は４７０ｋｇ/ｔｐまで低下した。このため、炭素含有量の高い非焼成含炭塊成鉱を用いた効果が発揮された。【００７０】
また、実施例２では、ＳｉＯ２含有量の高い副原料を配合し、ＳｉＯ２含有量を高めてＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０と更に低下させた。この実施例２では、ＣａＯ／ＳｉＯ２とＭｇＯ含有量が適正範囲であったため、スラグ融点を低くすることができた。ただ、脈石量が０．２８と増大したため、メタル滴下性はやや低くなり、還元材比はあまり低下しなかった。【００７１】
実施例３では、脈石量を低減するためにバインダー量を４％まで低下させた。しかし、化学成分の含有量は適正であったため、メタル滴下率は向上した。ただし、バインダー量が少ないため、冷間圧潰強度は８５ｋｇ/ｃｍ２と不十分となった。このため、高炉にて使用した場合、炉内での粉量が増加し、これにより上部通気性が悪くなり、還元材比はやや高位であった。【００７２】
実施例４では、バインダー量を低下させずに、副原料を配合することによって、して化学成分の含有量の調整を行った。この結果、冷間圧潰強度を損なうことなく、メタル滴下性が良好な非焼成含炭塊成鉱が製造できた。高炉にて使用した場合、還元材比が最も低下した。【００７３】
実施例５では、ＣａＯ／ＳｉＯ２および脈石量は、本実施形態で規定された範囲（ＣａＯ／ＳｉＯ２：１．０〜２．０、脈石量：０．２５以下）であるが、ＭｇＯ含有量が０．４％と低く設定されていた。このため、メタル滴下率は５２％に留まり、還元材比は低減するものの、その還元材比を低減する効果は比較的小さかった。【００７４】
これに対して、比較例１では、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１７質量％と低く、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．９と低く、ＭｇＯ含有量が１．０％と高い非焼成含炭塊成鉱を製造した。炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が低いこともあって、スラグ融点は十分低く、滴下性に問題はなかった。ただし、高炉にて使用した場合、カーボン含有量が低いため、還元材比を低くするには困難があった。【００７５】
比較例２では、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）を２０％に高めて、かつＣａＯ／ＳｉＯ２を２．２まで高めた非焼成含炭塊成鉱を製造した。低温での還元率が向上するため、スラグ融点は著しく上昇した。さらにＣａＯ／ＳｉＯ２が２．０超であるため、メタル滴下性が低下した。しかし、高炉にて使用した場合、炉下部での通気性が悪化し、風圧の変動が顕著に増加した。これにより、操業は不安定化した。このため、炭素含有量が高いことによる効果を十分享受することができず、還元材比は５００ｋｇ/ｔｐレベルに留まった。【００７６】
比較例３では、炭素含有量が３０％であり、本実施形態で規定された範囲の上限２５質量％を超える高炭素の非焼成含炭塊成鉱を製造した。他の成分の含有量は適切な範囲内であったため、滴下率は６５％と向上した。しかし、冷間強度が６０ｋｇ／ｃｍ２と低く、高炉にて使用するために必要な最低限の強度が得られなかった。このため、高炉内への粉の装入量が増加し、長期的な安定操業が困難となった。【００７７】
以上のように、非焼成含炭塊成鉱において、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）を１８〜２５質量％、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０〜２．０の範囲内とすることにより、メタル滴下性が良好であり、かつ高炉にて使用する際の還元材比を低下できることがわかる。特に、脈石量（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ））の値が０．２５以下、およびＭｇＯ含有量が０．５質量％以上である場合には、この効果が顕著である。また、このような成分調整を副原料の添加により行い、バインダー配合量を５〜１０％とすることにより、冷間の圧潰強度も維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱は、高炉で使用する際に非焼成含炭塊成鉱だけでなく、焼結鉱などの主要な高炉用鉄含有原料の被還元率を向上するために十分な炭素含有量を有する。さらに、高炉の操業において、従来に比べて、スラグ融点を低く抑えることができ、優れた還元生成スラグ特性（メタル滴下性）を達成できる。
このため、本発明の一態様に係る非焼成含炭塊成鉱を高炉用鉄含有原料の一部として使用すると、高炉操業時の炉下部において良好な通気性を実現でき、還元材比（コークス比）を大幅に低減できる。【００７９】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法では、非焼成プロセスが適用されているため、焼成プロセスに比べて、省エネルギー化、低ＣＯ２化が可能となる。また、比較的安価で簡易な方法により、製鉄プロセスで発生したダストを、鉄含有原料および炭材としてリサイクル処理できる。
従って、本発明の一態様は、高炉で使用される含炭塊成鉱に係る技術分野に好適に適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月9日(2011.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、
炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＳｉＯ２含有量（質量％）が５．１〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０であることを特徴とする高炉用の非焼成含炭塊成鉱。
【請求項２】
含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、
炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）が６〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０であることを特徴とする高炉用の非焼成含炭塊成鉱。
【請求項３】
ＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上である請求項１または請求項２に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱。
【請求項４】
含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、
次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、
前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＳｉＯ２含有量（質量％）が５．１〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整することを特徴とする高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項５】
含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、
次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、
前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）が６〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整することを特徴とする高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項６】
前記非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上となるように、前記成形体の形成工程において、前記配合条件を調整する請求項４または請求項５に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項７】
前記成形体の形成工程において、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトから選ばれる副原料、及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方をさらに配合し、
前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、脈石成分のＳｉＯ２含有量（質量％）が５．１〜１０％、かつＣａＯ含有量とＳｉＯ２含有量の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方の配合量を調整することを特徴とする請求項４に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【請求項８】
前記成形体の形成工程において、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトから選ばれる副原料、及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方をさらに配合し、
前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）が６〜１０％、かつＣａＯ含有量とＳｉＯ２含有量の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方の配合量を調整することを特徴とする請求項５に記載の高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱は、含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＳｉＯ２含有量（質量％）が５．１〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０である。
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱は、含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）が６〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０であってもよい。
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱では、ＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上であってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法は、含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＳｉＯ２含有量（質量％）が５．１〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整する。
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法は、含鉄原料、含炭原料、及び全原料に対して４〜１０質量％のバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得る成形体の形成工程と、次いで前記成形体を養生して非焼成含炭塊成鉱を得る工程を有し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）が６〜１０％、ＣａＯ含有量（質量％）とＳｉＯ２含有量（質量％）の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記成形体の形成工程において、鉱石銘柄、およびバインダー配合量からなる群から選ばれる１つ以上の配合条件を調整してもよい。
本発明の一態様に係る高炉用の非焼成含炭塊成鉱の製造方法では、前記非焼成含炭塊成鉱のＣａＯ含有量（質量％）、ＳｉＯ２含有量（質量％）、Ａｌ２Ｏ３含有量（質量％）、ＭｇＯ含有量（質量％）および炭素含有量（Ｔ．Ｃ）（質量％）により表される脈石量（（ＣａＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／（１００−炭素含有量（Ｔ．Ｃ）））の値が０．２５以下であり、かつＭｇＯ含有量が０．５質量％以上となるように、前記成形体の形成工程において、前記配合条件を調整してもよい。
前記成形体の形成工程において、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトから選ばれる副原料、及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方をさらに配合し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、脈石成分のＳｉＯ２含有量（質量％）が５．１〜１０％、かつＣａＯ含有量とＳｉＯ２含有量の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方の配合量を調整してもよい。
前記成形体の形成工程において、珪石、蛇紋岩、橄欖岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネサイト、ブルーサイトから選ばれる副原料、及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方をさらに配合し、前記非焼成含炭塊成鉱の炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、脈石成分のＣａＯ含有量（質量％）が６〜１０％、かつＣａＯ含有量とＳｉＯ２含有量の比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．０〜２．０となるように、前記副原料及び高ＳｉＯ２含有鉱石のうちいずれか一方又は両方の配合量を調整してもよい。
【国際調査報告】
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